石連霞+等

摘 要：硼作為一種微量合金元素，在鋼中主要以固溶體的形式存在。在鋼中加入極少量的硼元素（w（B）=0.000 5%～0.005 0%），對(duì)提高鋼淬透性效果十分明顯，可以達(dá)到一般合金元素的幾百倍，因此，可以用微量硼元素來取代之前大量的合金元素，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。由于化驗(yàn)室現(xiàn)有的分析條件難以保障硼含量分析的準(zhǔn)確度，所以，可以采用直讀光譜測(cè)定鋼中痕量元素硼分析方法進(jìn)行相關(guān)研究，其效果非常明顯。

關(guān)鍵詞：潔凈鋼；硼元素；準(zhǔn)確度；直讀光譜

中圖分類號(hào)：TG142.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.081

隨著公司產(chǎn)品朝著高端化的方向發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾暆崈翡摰纳a(chǎn)，對(duì)鋼中痕量元素分析的準(zhǔn)確性要求也越來越高，不再將其作為簡(jiǎn)單、粗略的參考元素，而是力求分析的精確度和準(zhǔn)確度達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于鋼中硼含量較低，其產(chǎn)生的光譜信號(hào)很容易受到干擾。通過規(guī)范制樣過程和改進(jìn)分析設(shè)備軟硬件等試驗(yàn)，明顯提高了利用直讀光譜分析痕量元素硼的能力，有效指導(dǎo)煉鋼生產(chǎn)，為提高鋼產(chǎn)品質(zhì)量提供了切實(shí)的保障。

1 規(guī)范制樣過程

1.1 規(guī)范試樣制備

受條件的限制，現(xiàn)在的樣品不能全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)銑樣機(jī)銑樣。制樣分為研磨機(jī)磨制和銑樣機(jī)銑制2種，在加工乒乓球拍型生產(chǎn)試樣時(shí)，應(yīng)該采用人工操作研磨機(jī)的方式，表面加工必須采用專用碳化硅砂輪，切砂輪粒度應(yīng)符合60～80目的要求。加工好的試樣表面禁止直接用手摸，更不能與脂類物質(zhì)接觸，而且試樣中杜絕出現(xiàn)夾雜、沙眼、疏松、裂紋、縮孔和毛刺等問題，同時(shí)，試樣的金相組織必須達(dá)到GB/T 6829—92標(biāo)準(zhǔn)中的1～2級(jí)的要求。只有這樣，才能保證分析結(jié)果的正確性。

1.2 更換砂紙和投用銑樣機(jī)

及時(shí)更換碳化硅砂紙，保證樣品表面的平整度。另外，在測(cè)定痕量元素硼時(shí)，要避免高含量樣品和低含量樣品在同一磨盤磨制，以防樣品之間交叉污染影響痕量元素分析的準(zhǔn)確性。銑樣機(jī)銑制的樣品不會(huì)引入待測(cè)痕量元素雜質(zhì)，大大提高了分析的準(zhǔn)確性。尤其在分析超低含量硼元素時(shí)，銑樣機(jī)銑樣適用于在線生產(chǎn)，它的應(yīng)用能夠有效提高分析的精密度和準(zhǔn)確度。

2 改進(jìn)分析設(shè)備軟硬件

2.1 設(shè)備硬件方面

PDA-7000直讀光譜儀分析常規(guī)生產(chǎn)樣品采用30°錐角電極，但是，在測(cè)定痕量元素時(shí)，分析結(jié)果忽高忽低，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，所以，它不能用于在線生產(chǎn)質(zhì)量控制。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)殡姌O角度小，樣品激發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，使得錐角積灰嚴(yán)重，錐角稍微變化就會(huì)影響樣品分析的準(zhǔn)確度，使其發(fā)生變化。為了提高樣品的靈敏度和穩(wěn)定性，如果需要分析生產(chǎn)的品種鋼的超低含量元素時(shí)，要更換60°錐角電極，增大電極的錐度和比表面積，這樣就能減少灰塵的堆積，提高痕量元素分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.2 設(shè)備軟件方面

脈沖分布分析法就是采用積分的方式處理所有的脈沖波發(fā)光強(qiáng)度值，將其中異常的分量去除。這種方法適用于鋼中痕量元素分析，有助于鋼中夾雜物定量和粒徑分析。同時(shí)，脈沖分布分析法還能夠區(qū)分固溶元素和非固溶元素，并通過火花放電光強(qiáng)度的頻率分布變化來獲取它的中位數(shù)強(qiáng)度。儀器根據(jù)這個(gè)頻數(shù)分布情況處理相關(guān)數(shù)據(jù)，從而獲得較為準(zhǔn)確的痕量元素分析數(shù)據(jù)。

2.3 制作痕量元素專用曲線

工作曲線也是影響分析準(zhǔn)確度的重要因素——待測(cè)元素含量偏低時(shí)，信號(hào)分布在曲線的最下端，稍微的曲線飄逸就無法校正回來，便會(huì)直接影響分析結(jié)果，而且高低標(biāo)樣品也不適用于超低含量元素的再校準(zhǔn)。因此，需重新制作痕量元素專用曲線，用于痕量元素的質(zhì)量控制。為此，技術(shù)人員在中低合金鋼曲線的基礎(chǔ)上刪除了制作痕量元素曲線用的標(biāo)準(zhǔn)樣品，使用相應(yīng)的痕量元素標(biāo)樣通過調(diào)整待測(cè)元素的衰減值、放大檢測(cè)信號(hào)、消除譜線重疊干擾重新制作一條含量在0%～0.005 0%的超低含量元素專用曲線。同時(shí)，要調(diào)整待測(cè)元素的高低標(biāo)樣品，這樣在中低合金鋼曲線下就可以測(cè)定全部元素含量，痕量元素不需單獨(dú)測(cè)定，有效地節(jié)約了分析時(shí)間和分析成本，提高了分析效率和分析準(zhǔn)確率。

2.4 選擇合適的硼元素干擾校正方法

2.4.1 試驗(yàn)方法

對(duì)光譜標(biāo)樣進(jìn)行一系列的激發(fā)燃燒，之后以鐵譜作為內(nèi)標(biāo)線，將得到的各元素光強(qiáng)值與內(nèi)標(biāo)線的光強(qiáng)值作比，將獲得的相對(duì)光強(qiáng)值帶入方程中，即：

Y=Ax2+Bx+C. （1）

用最小二乘法擬合，繪制出校正后的工作曲線進(jìn)行元素干擾校正。

為了確定硼的干擾元素，應(yīng)選擇與硼含量相同而干擾元素含量不同的光譜樣塊。通過激發(fā)樣塊得到分析值，構(gòu)建坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)為干擾元素含量，縱坐標(biāo)為分析值和標(biāo)注值的差值，只有當(dāng)二者存在線性關(guān)系時(shí)，才能證明干擾元素對(duì)硼有干擾。試驗(yàn)證明，磷、鎳對(duì)硼有干擾作用。在制備工作曲線時(shí)，校正這2種元素的干擾可以有效提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.4.2 干擾校正方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從現(xiàn)有的中低合金鋼光譜標(biāo)樣中選出一定數(shù)量的樣塊，樣塊的硼含量控制在0.000 1%～0.004 4%之間。通過激發(fā)燃燒這些光譜標(biāo)樣來獲得光強(qiáng)值和濃度計(jì)算值。以B的光強(qiáng)值為橫坐標(biāo)、校正前后的濃度為縱座標(biāo)，分別畫出工作曲線。通過干擾校正后的工作曲線，在擬合程度方面有了明顯的提高，有助于分析工作的順利進(jìn)行。

3 實(shí)施效果

改善了取制樣方法后，嚴(yán)格取制樣過程，優(yōu)化分析條件，改變了部分軟硬件功能，大大提高了品種鋼中超低元素含量硼的測(cè)定準(zhǔn)確度，滿足了試煉方案中B波動(dòng)0.000 8%～0.005 0%的要求，能夠有效指導(dǎo)含硼鋼SAE1008B、HRB500N-ZT-2、H08AB、SS540等鋼種的冶煉。經(jīng)過此次研究，品種鋼中痕量元素硼的測(cè)定水平邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，為以后鋼中其他微量元素的準(zhǔn)確測(cè)定提供了很好的借鑒，同時(shí)，也為潔凈鋼的生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，值得推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]彭劍.鋼中硼硫磷測(cè)定的研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2007.

[2]彭劍，陸建平，王益林，等.分光光度法與火焰原子吸收光譜法測(cè)定鋼中硼的比較[J].理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊(cè)），2009（01）.

[3]陸建平，彭劍.火焰原子吸收光譜法間接測(cè)定鋼中硼量[J].理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊(cè)），2008（12）.

〔編輯：白潔〕

Study on Analysis Method of Trace Element Boron in Steel

Shi Lianxia， Yao Lin， Zhang Jinhong， Zhan Juan

Abstract： As a kind of trace element， boron exists in the form of solid solution in the steel. Adding a very small amount of boron in steel（w （B）= 0.005 0% ～ 0.000 5%）， it is obvious that the effect of improving the steel quenching effect is obvious， and it can reach several hundred times of the ordinary alloy elements. Therefore， we can replace a large amount of alloy elements with trace boron， which can reduce the cost of production. Due to the laboratory existing condition analysis is difficult to guarantee the accuracy of the boron content analysis， so that we can analysis method research for determination of Trace Boron in steel by direct reading spectrometry. The effect is very obvious.

Key words： clean steel； boron element； accuracy； direct reading spectrometer